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Architecture des ordinateurs Réalisé par: Ben Hammouda Manel 2009/2010 ISG Tunis.

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1 Architecture des ordinateurs Réalisé par: Ben Hammouda Manel 2009/2010 ISG Tunis

2 Objectifs Représenter larchitecture de lordinateur Expliquer le fonctionnement de lordinateur

3 1. Définition de lordinateur 2. Historique 3. Les principaux éléments de lordinateur 4. Composantes de lunité centrale 5. Exécution dune instruction Plan

4 Définition de lordinateur: Un ordinateur est une machine de traitement automatisé de linformation. Fonctionnalités: Acquérir linformation, la stocker, la modifier en appliquant des instructions prédéfinies (programmes) Interagir avec l'environnement grâce à des périphériques (écran, clavier….). 4

5 Historique 19 ème siècle : automate et machine à calcul 20 ème siècle : Von Neumann décrit un modèle de machines universelles qui possède -une mémoire -une unité arithmétique et logique -une unité dentrées/sorties (I/O) -unité de commande (UC) 5

6 1946 lENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) Tubes – 30 tonnes Câblage du programme Machines volumineuses et peu fiables Technologie à lampes, relais, résistances Exécute opération/s Programmation par cartes perforées Historique : 1 ère génération

7 mini ordinateur DEC PDP-1 (1961) Historique : 2 ème génération Machines fiables Technologie à transistors Exécute opérations/s Premiers langages de programmation évolués (COBOL, FORTRAN, LISP)

8 PDP 8E (1965) 4004 de INTEL(1971) Historique : 3 ème génération Technologie des circuits intégrés Exécute opération/s Avènement du système dexploitation complexe (UNIX, Pascal, Basic, CISC) 1971 : premier microprocesseur 4004 de INTEL: Toutes les composantes de la CPU sont réunies sur une même puce

9 Micral-N (1973) Historique : 4 ème génération Technologie LSI (large SI) Exécute opérations/s Avènement de réseaux de machines Traitement distribué/réparti

10 Technologie VL/WSI (very large, wafer) Systémes distribués interactif Multimédia, traitement de données non numériques: (textes, images, paroles) Parallélisme massif, client-serveur RISC 10 Historique : 5 ème génération 1978

11 Ecran Souris clavier Périphériques Ordinateur Principaux éléments de lordinateur Unité Centrale Unité Centrale 11

12 Unité centrale Les interfaces dentrées/sorties carte graphique (écran) carte contrôleur (disque dur) carte son (micro, haut-parleur) 12

13 Définition dun Bus: Un bus est un ensemble de n fils conducteurs, utilisés pour transporter n signaux binaires entre les composantes de lordinateur Type des bus: Il est un bus bidirectionnel. Lors dune lecture, cest la mémoire qui envoie un mot sur le bus lors dune écriture, cest le processeur qui envoie la donnée Il est un bus unidirectionnel : transporte les adresses mémoire auxquelles le processeur souhaite accéder pour lire ou écrire une donnée. Il transporte les ordres et les signaux de synchronisation en provenance de lunité de commande et à destination de l'ensemble des composants matériels ²² Architecture 13

14 Circuit électronique complexe Créé par la Société Intel Commande toutes les composantes de lordinateur Se base sur une Horloge qui synchronise les flux dinformations qui circulent dans le microprocesseur Athlon xp_300 pentuim 4 intel_core2duo 14

15 Unité de traitement ou Unité Arithmétique et Logique(UAL) Unité de Commande 15

16 Unité de traitement regroupe les circuits qui assurent les traitements nécessaires à l'exécution des instructions : Unité Arithmétique et Logique (UAL): est un circuit complexe qui assure les fonctions logiques (ET, OU, Comparaison, Décalage…) ou arithmétique (Addition, soustraction…). Accumulateurs : sont des registres de travail qui servent à stocker une opérande au début d'une opération arithmétique et le résultat à la fin de l'opération Registre détat : indique létat de la dernière opération effectuer par lUAL Unité de traitement permet de séquencer le déroulement des instructions. Elle effectue la recherche en mémoire de l'instruction, assure son décodage pour enfin réaliser son exécution. Elle est composée de : Compteur ordinal (CO) : contient l'adresse de la prochaine instruction. Registre dinstruction : enregistre le code de linstruction qui vient dêtre lue dans la mémoire et ramenée dans le microprocesseur. Bloc logique de commande (ou séquenceur) : Il organise l'exécution des instructions au rythme dune horloge Unité de traitement Unité de commande 16

17 Schéma fonctionnel 17

18 Définition: Circuit semi-conducteur Permettant denregistrer, de conserver et de restituer des informations, ces informations peuvent être écrites ou lues. Organisation dune mémoire: Une case mémoire peut contenir un seul élément. Ces cases mémoires sont identifiées par une adresse 18

19 Caractéristiques Capacité le nombre total de bits que contient la mémoire Temps de cycle cest l'intervalle minimum qui doit séparer deux demandes successives de lecture ou d'écriture Temps daccès cest le temps qui s'écoule entre l'instant où a été lancée une opération de lecture/écriture en mémoire et l'instant où la première information est disponible sur le bus de données. Débit cest le nombre maximum d'informations lues ou écrites par seconde Volatilité elle caractérise la permanence des informations dans la mémoire. 19

20 Types de mémoire: Mémoire vive: RAM (Random Acces Memory) Mémoires auxiliaires Mémoire morte: ROM (Read Only Memory) 20

21 Mémoire vive: RAM (Random Acces Memory) Mémoire morte:ROM (Read Only Memory) Mémoires de masses ou auxiliaires Une mémoire vive sert au stockage temporaire de données. Elle doit avoir un temps de cycle très court pour ne pas ralentir le microprocesseur. Les mémoires vives sont en général volatiles : elles perdent leurs informations en cas de coupure d'alimentation. Elle permet de conserver les informations qui y sont contenues même lorsque la mémoire n'est plus alimentée électriquement. Ce type de mémoire ne peut être accédée qu'en lecture. Cette mémoire contient le système de gestion des matériels BIOS (Basic Input Ouput Service) qui agit comme une interface entre le Système dexploitation et les matériels. La mémoire de masse est une mémoire périphérique de grande capacité utilisée pour le stockage permanent ou la sauvegarde des informations. Elle utilise pour cela des supports magnétiques (disque dur) ou optiques (CDROM, DVDROM). 21

22 Disque Dur: Définition: Un disque dur est une mémoire de masse destinée à la lecture et l'écriture de données informatiques. Organisation interne du disque dur: n disques (plateaux). Sur chaque disque on trouve des pistes Un cylindre est constitué par toutes les pistes superposées de même ordre qui se présentent simultanément sous les têtes de lecture/ écriture. Tête de lecture/écriture 22

23 23

24 Mémoire Cache Définition: La mémoire cache consiste à placer à l'intérieur du microprocesseur une zone de mémoire dans laquelle sont copiés les éléments qui seront nécessaires avant qu'ils ne soient demandés Principe : Recherche d'une donnée dans le cache avant de la rechercher dans la mémoire principale 24

25 Assure la connexion physique des différents composants (processeur, mémoire, carte d'entrées/sorties,...) par lintermédiaire de différents bus (adresses, données et commande, socket) 25

26 2.Au bout d'un certain temps (temps d'accès à la mémoire), le contenu de la case mémoire sélectionnée est disponible sur le bus des données. Exécution dune instruction Phase 1: Recherche de l'instruction à traiter 1.Le PC contient l'adresse de l'instruction suivante du programme. Cette valeur est placée sur le bus d'adresses par l'unité de commande qui émet un ordre de lecture L'instruction est stockée dans le registre instruction du processeur

27 Phase 2 : Décodage de linstruction et recherche de l'opérande Exécution dune instruction 1.L'unité de commande transforme l'instruction en une suite de commandes élémentaires nécessaires au traitement de l'instruction Si l'instruction nécessite une donnée en provenance de la mémoire, l'unité de commande récupère sa valeur sur le bus de données Lopérande est stockée dans un registre. 27

28 Exécution dune instruction Phase 3 : Exécution de l'instruction 1.Le programme réalisant l'instruction est exécuté.2. Mise à jour de registre détat3.L'unité de commande positionne le PC pour l'instruction suivante. 28

29 Références: Histoire de linformatique (09/12/2007): Note de cour de T.Dumartin ( ): Architecture des ordinateurs Architecture des Ordinateur ( ) : Emmanuel Viennet 29


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